新疆天山地區(qū)活動構(gòu)造特征及區(qū)域地殼穩(wěn)定性分析

黃賢芳，何建國，高洪雷，李建中，田明明，徐國慶

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

新疆天山地區(qū)活動構(gòu)造特征及區(qū)域地殼穩(wěn)定性分析

黃賢芳，何建國，高洪雷，李建中，田明明，徐國慶

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

區(qū)域地殼穩(wěn)定性是高放廢物處置庫選址的重要指標(biāo)之一。基于我國新疆天山地區(qū)的活動構(gòu)造特征及其與地震空間分布關(guān)系的研究，對研究區(qū)地殼穩(wěn)定性進(jìn)行分析，選出相對穩(wěn)定的 “安全島”地區(qū)，為高放廢物處置庫選址提供依據(jù)。

高放廢物處置庫；活動構(gòu)造；穩(wěn)定性；安全島；地震

1 問題的提出

“西北地區(qū)高放廢物地質(zhì)處置庫備選區(qū)預(yù)選研究”項目是集構(gòu)造（包括區(qū)域構(gòu)造、新構(gòu)造和活動構(gòu)造）、區(qū)域地殼穩(wěn)定性、巖體特征、水文、人文、自然地理和社會經(jīng)濟(jì)條件等于一體的綜合研究課題。其中，區(qū)域地殼穩(wěn)定性與高放廢物地質(zhì)處置庫安全具有最為直接的關(guān)系，因而，區(qū)域地殼穩(wěn)定性的研究是一項舉足輕重的工作。鑒于活動構(gòu)造的強度與區(qū)域地殼穩(wěn)定性有密切的關(guān)系，因此，在建立巖體預(yù)選準(zhǔn)則、研究巖體特征及新構(gòu)造運動特征的基礎(chǔ)上，本文著重探討該區(qū)活動構(gòu)造特征并對該區(qū)地殼穩(wěn)定性進(jìn)行分析，顯得極為重要，目的是尋找適合安全處置高放廢物的相對穩(wěn)定地區(qū)。

相對 “穩(wěn)定” 的地區(qū)即 “安全島”［1］。 關(guān)于 “安全島”的概念，早在20世紀(jì)60年代前后，李四光先生在講述地震地質(zhì)工作及構(gòu)造活動性研究時，就提出了 “安全島”的概念，它對我國地震研究及工程選址評價有重要的指導(dǎo)作用。

“穩(wěn)定地塊”是一個相對的概念，是相對活動帶而言。地殼可分成相對穩(wěn)定的構(gòu)造單元和相對活動的構(gòu)造單元。在相對活動的構(gòu)造單元中，又存在有相對穩(wěn)定地區(qū)和相對活動地帶。 “安全島”是指相對穩(wěn)定的構(gòu)造單元，即構(gòu)造活動區(qū)內(nèi)或活動構(gòu)造帶間存在的相對穩(wěn)定地段。

區(qū)域地殼穩(wěn)定性是指，在地球內(nèi)、外地質(zhì)營力作用下，工程所在地區(qū)的地殼穩(wěn)定程度，它是區(qū)域地殼現(xiàn)代活動的綜合反映。區(qū)域地殼穩(wěn)定性包括：構(gòu)造穩(wěn)定性、介質(zhì)穩(wěn)定性和地面穩(wěn)定性［2］。本文主要討論構(gòu)造穩(wěn)定性。至于地面穩(wěn)定性，在很多情況下，是受構(gòu)造穩(wěn)定性影響。而介質(zhì)穩(wěn)定性涉及巖土力學(xué)性質(zhì)，不在這里討論。

2 天山地區(qū)活動構(gòu)造特征

活動構(gòu)造研究是區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價研究的主要內(nèi)容，本文試圖從活動構(gòu)造研究入手，對備選場區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，運用地質(zhì)力學(xué)理論和方法，研究區(qū)域地殼穩(wěn)定性。根據(jù)活動構(gòu)造的特征和現(xiàn)今活動性，進(jìn)行區(qū)域穩(wěn)定性評價，尋找相對穩(wěn)定的 “安全島”，為我國西北地區(qū)篩選高放廢物處置庫提供依據(jù)。

2.1 活動構(gòu)造概念

活動構(gòu)造是指晚更新世（距今10萬～12萬年）以來一直在活動，現(xiàn)在還在活動，未來一定時期內(nèi)仍可能發(fā)生活動的各類構(gòu)造，包括活動斷裂、活動褶皺、活動盆地及被它們所圍限的地殼和巖石圈塊體［3］（鄧起東，1996， 2002）。

2.2 西天山活動構(gòu)造特征

西天山活動構(gòu)造特征十分明顯，近代活動十分強烈。它們既發(fā)育在西天山地槽褶皺系的山前坳陷（如北緣的烏魯木齊山前坳陷及南緣的庫車山前坳陷）中，也發(fā)育在西天山地槽褶皺系的山間盆地中。地槽褶皺系中的斷裂（如中天山南緣斷裂）和地槽褶皺系的邊緣斷裂（如天山褶皺系南緣斷裂），活動構(gòu)造特征也十分明顯。

2.2.1 西天山北緣活動構(gòu)造

在西天山地槽褶皺系北緣烏魯木齊山前坳陷中，發(fā)育有3條背斜帶。它們分別為南部山麓背斜帶 （奇臺至托斯臺地區(qū)）、馬納斯背斜帶（呼圖壁河—安集海河）和安集海背斜帶（呼圖壁—烏蘇）［4］。

2.2.1.1 影像特征

在彩色合成影像（5、3、1波段）上，背斜帶影像特征十分明顯。單個背斜形態(tài)在平面上呈圈閉的梭形，是短軸背斜特征的反映（圖1）。背斜帶在微紅色背景的山前盆地中，表現(xiàn)為3條近EW向暗褐色條帶，總體呈左行雁列（圖2）。在背斜帶的南側(cè)，為高聳的天山地槽褶皺系，淺藍(lán)色是高山積雪的反映。

圖1 西天山北緣烏魯木齊山前坳陷背斜-斷裂帶影像圖（5、3、1波段）Fig.1 Anticline-fault zone image of Urumqi piedmont depression at the northern margin of west Tianshan area（Bands 5， 3， 1）

圖2 西天山北緣烏魯木齊山前坳陷背斜-斷裂帶影像解譯圖Fig.2 Image interpretation map of anticline-fault zone in Urumqi piedmont depression at the northern margin of west Tianshan area

2.2.1.2 地質(zhì)特征

褶皺構(gòu)造特征：褶皺形態(tài)表現(xiàn)為短軸背斜，通常為南緩、北陡的不對稱背斜，北翼傾角為 26°～80°， 南翼為 24°～35°。 背斜核部的地層從南向北分別為侏羅系、古近系和中新統(tǒng)。兩翼地層，最新的為第四系下更新統(tǒng)。

斷裂構(gòu)造特征：活動斷裂有博格達(dá)北緣斷裂、天山地槽褶皺系北緣斷裂和烏魯木齊坳陷北緣斷裂，以及發(fā)育在背斜帶中的斷裂構(gòu)造。

博格達(dá)北緣斷裂是博格達(dá)復(fù)背斜與烏魯木齊坳陷的分界斷裂，據(jù)馮先岳、鄧起東等（1991）研究，該斷裂錯開全新世礫巖，斷距0.2 m。現(xiàn)代垂直活動速率為0.03 mm/a。1965年和1982年分別在該斷裂上發(fā)生過6.9和4.1級地震［4］。

天山地槽褶皺系北緣斷裂是準(zhǔn)噶爾地塊與天山地槽褶皺系的分界斷裂。近代活動表現(xiàn)為，錯斷中更新世以來的各級沖、洪積—冰水堆積臺地和階地［4］。

烏魯木齊坳陷北緣斷裂在影像上十分明顯。在斷裂南側(cè)，影像色調(diào)為微紅色，北側(cè)表現(xiàn)為綠色。它控制現(xiàn)代第四紀(jì)沉積和植被分布。

發(fā)育在背斜中的斷裂多位于褶皺構(gòu)造軸部或邊部，走向與背斜軸向一致，多數(shù)向S傾斜。

2.2.1.3 現(xiàn)代活動特點

據(jù)張培震等（1994）研究，卷入背斜帶的最年輕地層是下更新統(tǒng)西域組礫巖，在早更新世時仍在活動，最后一次活動發(fā)生在距今（3.135±0.248）萬年之前。瑪納斯背斜—逆沖帶的形成時期為早更新世，這種強烈活動持續(xù)至今，控制著該地區(qū)大地震的發(fā)生。安集海背斜—逆沖帶的形成時代為早更新世末—中更新世初［5］。

2.2.2 西天山南緣活動構(gòu)造

西天山地槽褶皺系南緣的庫車山前坳陷中發(fā)育有3條背斜帶。從北而南分別為北部山麓背斜帶，克—依 （克拉蘇—依奇克里克）背斜帶和秋立塔格背斜帶。

2.2.2.1 影像特征

庫車山前盆地在影像上可分為3個色調(diào)區(qū)。北側(cè)為大面積淺藍(lán)色色調(diào)區(qū)，是高聳的天山褶皺系的反映。中部為微紅色區(qū)，是庫車山前坳陷的反映，南側(cè)為綠色色調(diào)區(qū)，是近代沖積扇及第四紀(jì)沉積物和植被的反映（圖3）。在微紅色山前坳陷中發(fā)育有3條近EW向背斜帶，它們在影像上表現(xiàn)為暗褐色線狀條帶特征。淺藍(lán)色色調(diào)區(qū)與微紅色色調(diào)區(qū)的分界線是天山地槽褶皺系南緣斷裂的反映。微紅色色調(diào)區(qū)與綠色色調(diào)區(qū)之間的分界線是庫車山前坳陷與塔里木地塊的分界斷裂（圖 4）。

圖3 西天山南緣庫車山前坳陷背斜-斷裂帶影像圖（5、 3、 1 波段）Fig.3 Anticline-fault zone image of Kuche piedmont depression at the southern margin of west Tianshan area（Bands 5， 3， 1 ）

圖4 西天山南緣庫車山前坳陷背斜-斷裂帶影像解譯圖Fig.4 Anticline-fault zone image interpretation map of Kuche piedmont depression at the southern margin of west Tianshan area

2.2.2.2 地質(zhì)特征

（1）背斜帶特征

近EW向背斜帶是由多個背斜組成，呈側(cè)列形式產(chǎn)出。背斜形態(tài)多表現(xiàn)為線狀，地貌上表現(xiàn)為隆起正地形。卷入褶皺的地層由北而南，逐漸變新。構(gòu)造形成時代也由北向南逐漸變新，即從北部的中新世到南部的第四紀(jì)。

北部山麓背斜帶：主要由二疊系、三疊系和侏羅系組成，表現(xiàn)為向南傾斜的單斜帶，被不對稱的次級褶曲復(fù)雜化。

克—依背斜帶：由克拉蘇背斜帶和依奇克里克背斜帶構(gòu)成。總體呈近EW向展布。背斜核部由白堊系和古近系組成。背斜兩翼不對稱，南翼傾角較陡（50°～80°），北翼傾角緩（40°左右）。

秋立塔格背斜帶：是由多個背斜組成的復(fù)雜背斜構(gòu)造帶。總體表現(xiàn)為向南突出的弧形背斜帶，西部呈NWW向展布，東部呈NEE向延伸。由新近系和下更新統(tǒng)組成。表現(xiàn)為不對稱的背斜。

（2）斷裂帶特征

秋立塔格斷裂帶：是一條強烈活動斷裂帶，切割了更新世地層。呈略向南突出的弧形帶，總體向北傾斜，傾角30°～70°，是一條逆沖斷裂，具扭動性質(zhì)，在弧頂西側(cè)，為右行扭動，在弧頂東側(cè)，為左行扭動。

2.2.2.3 現(xiàn)代活動特點

賈承造等研究認(rèn)為（2004），喜馬拉雅晚期的構(gòu)造運動對該區(qū)的構(gòu)造形變起著重要作用，秋里塔格構(gòu)造帶發(fā)育時間為上新世—第四紀(jì)。根據(jù)普林斯頓大學(xué)定量計算，秋里塔格斷裂東段從4.8 Ma時開始形成，縮短率為2.3 mm/a（Aurelia，2001）［6］， 目前還有活動。

2.2.3 西天山山間盆地活動構(gòu)造

焉耆盆地屬西天山地槽褶皺系的山間盆地。野外實地勘查表明，盆地中活動構(gòu)造十分發(fā)育，既發(fā)育有活動褶皺構(gòu)造，又發(fā)育有活動斷裂構(gòu)造。

2.2.3.1 褶皺構(gòu)造

（1） 影像特征

位于和靜縣北部的褶皺構(gòu)造，在影像上表現(xiàn)為深褐色，呈EW向分布，在第四系灰紫紅色背景上，顯得十分清楚（圖5）。

圖5 焉耆盆地彩色合成影像圖（5、3、1波段）Fig.5 Color composite image of Yanqi Basin（Bands 5， 3， 1 ）

（2） 地質(zhì)特征

和靜縣北部的褶皺構(gòu)造，軸向近EW向，北翼向北傾，傾角8°～10°，南翼向南傾，傾角20°，是一個平緩不對稱背斜構(gòu)造。背斜由上上新統(tǒng)—下更新統(tǒng)（N22—Q1）組成。巖性主要為一套灰色礫巖。下部為土黃色、灰白色、灰綠色鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖和泥巖，韻律明顯，層理清楚。上部為西域組礫巖，主要由一套灰色礫巖組成。礫巖下部的礫石以綠片巖、大理巖、石灰?guī)r為主，礫巖上部的礫石則以花崗巖、閃長巖和石英巖為主。

2.2.3.2 斷裂構(gòu)造

（1） 影像特征

位于和靜縣北側(cè)的近EW向斷裂，線性特征很明顯，表現(xiàn)為平直的線狀，斷裂北側(cè)為灰紫紅色，南側(cè)為綠色（圖5）。

（2） 地質(zhì)特征

斷裂構(gòu)造表現(xiàn)為沖積扇的扇頂連線，北側(cè)為灰紫紅色沖、洪積物。南側(cè)為長滿綠色植被的沖積扇，沖積扇具有多次疊置的特點，說明斷裂具有多期活動特征。斷裂形成的時代比較晚，根據(jù)斷裂南側(cè)的沖積扇發(fā)育綠色植被的特征來看，可以認(rèn)為，斷裂在第四紀(jì)時期有明顯活動。

2.2.3.3 現(xiàn)代活動特點

卷入褶皺構(gòu)造的地層有下更新世西域組礫巖。野外觀察表明，在褶皺南翼，見有一條切割下更新世西域組礫巖的EW向活動斷裂，斷層崖明顯，沿斷裂還見有泉水出露。說明斷裂在早更新世以后還有活動，是一條近代活動的斷裂。

2.2.4 中天山南緣活動斷裂

2.2.4.1 影像特征

中天山南緣活動斷裂位于巴侖臺南面，東從包爾圖經(jīng)烏瓦門，向西延伸，長達(dá)n×102km。斷裂線性特征十分清晰，從東到西呈平直線狀，橫貫全區(qū)。在影像中部，斷裂沿溝谷延伸，地貌標(biāo)志明顯（圖6）。在影像東部，表現(xiàn)為盆地與山體的分界斷裂，北側(cè)為山地，呈綠色色調(diào)，南側(cè)為盆地，為褐紅色色調(diào)。

圖6 中天山南緣活動斷裂影像圖（5、3、1波段）Fig.6 Active fault image at the southern margin of middle Tianshan （Bands 5， 3， 1 ）

2.2.4.2 地質(zhì)特征

斷裂走向為NWW向（280°），陡傾，時而向北傾，時而向南傾，總體傾向NE。在烏瓦門以東，斷裂破碎帶明顯，寬約15～20 m，有強烈糜棱巖化現(xiàn)象（圖7），屬壓性斷裂。斷裂北側(cè)為元古界石英片巖、片麻巖和混合巖，南側(cè)為泥盆系片巖夾大理巖。

圖7 中天山南緣活動斷裂Fig.7 Active fault at the southern margin of middle Tianshan

2.2.4.3 現(xiàn)代活動特點

在斷裂北側(cè)，可以明顯地看到至少發(fā)育有三級階地（圖8），說明斷裂北側(cè)（中天山）在近代遭受強烈抬升。

圖8 中天山南緣活動斷裂北側(cè)階地Fig.8 Terrace in the north side of active fault at the southern margin of middle Tianshan

2.2.5 北輪臺—辛格爾活動斷裂

北輪臺—辛格爾活動斷裂是塔里木盆地與天山地槽褶皺系的分界斷裂，西起北輪臺—庫爾楚—經(jīng)庫爾勒—往東與焉耆盆地和克魯克塔格斷隆分界斷裂相連。斷裂形成時代早，活動時間長，近代活動強烈，具有明顯的活動斷裂特征。

2.2.5.1 影像特征

斷裂在影像上線性特征十分明顯，總體呈NWW向延伸。斷裂地貌特征明顯，在斷裂西段北側(cè)，為天山山地地貌景觀，南側(cè)為盆地影像特征。在緊靠斷裂部位，發(fā)育有一系列灰紫色的沖、洪積扇群，表現(xiàn)為一系列洪、沖積扇扇頂?shù)倪B線。而在遠(yuǎn)離斷裂的部位表現(xiàn)為綠色植被的影像特征（圖9）。在東段，斷裂北側(cè)為盆地影像特征，南側(cè)表現(xiàn)為元古界組成的山地影像特征。

圖9 北輪臺—辛格爾斷裂影像（5、3、1波段）Fig.9 Image of the northern Luntai-Xingeer fault（Bands 5， 3， 1）

2.2.5.2 地質(zhì)特征

北輪臺—辛格爾斷裂。走向290°～300°，傾向 NE， 傾角 60°～70°。

在斷裂西段北側(cè)，為古生界和花崗巖組成的天山褶皺系，南側(cè)為塔里木盆地。斷裂形成于古生代末，具有多期活動特點，近代有明顯的活動跡象。在山前的第四系覆蓋層中，可見有多條與主斷裂平行的階梯斷裂。

在斷裂東段，走向300°，傾向SW，傾角68°。斷裂上盤為元古界，主要由片巖和片麻狀花崗巖組成，片理傾向SE（115°），傾角65°。斷裂下盤為上更新統(tǒng)礫巖，屬逆沖斷裂。

2.2.5.3 現(xiàn)代活動特點

北輪臺—辛格爾活動斷裂在第四紀(jì)時期活動比較強烈。在斷裂西段（北輪臺—庫爾勒地段）南側(cè)，發(fā)育有多條與主斷裂平行的階梯斷裂，切割第四紀(jì)地層；野外可見到呈有規(guī)律分布的第四紀(jì)陡坎，形成多級階地；斷裂還控制著塔里木盆地的綠色植被帶和塔里木河的流向。很明顯，斷裂在晚更新世仍有活動。

在斷裂東段塔什店南部，見有元古界片巖直接逆沖在上更新統(tǒng)礫巖之上（圖10）。逆沖斷裂面明顯，斷裂帶寬約1.2 m，發(fā)育有較強烈的硅化、片理化構(gòu)造巖。

圖10 北輪臺—辛格爾斷裂，元古界片巖（右）逆沖在上更新統(tǒng)礫巖（左）之上Fig.10 Proterozoic schist（right）overthrust on Pleistocene conglomerate（left）along the northern Luntai-Xingeer fault

在斷裂上盤的上更新統(tǒng)地層中，發(fā)育有多條活動斷裂，造成斷裂兩側(cè)地層不連續(xù)。（圖11）所示為一條逆沖斷裂，斷裂上盤的礫巖層明顯被抬升，下盤的礫巖層則相對下降。

圖11 受逆斷層影響，上更新統(tǒng)礫巖層（左側(cè)上盤）抬升，下盤的礫巖層（右側(cè)）下降Fig.11 Thrust fault showing Upper Pleistocene conglomerate in left-hand block moved upper and conglomerate in right-hand block moved down

2.3 東天山活動構(gòu)造特征

筆者在研究高放廢物處置庫預(yù)選區(qū)新構(gòu)造運動特征時指出，吐哈盆地北部地區(qū)新構(gòu)造運動活動十分強烈，而南部地區(qū)新構(gòu)造運動活動則比較微弱［7］。因此，東天山地區(qū)活動構(gòu)造研究重點是對東天山南部地區(qū)的斷裂（包括吐哈盆地南緣斷裂、中天山北緣斷裂、中天山南緣斷裂）進(jìn)行研究。

2.3.1 吐哈盆地南緣斷裂

在影像上，吐哈盆地南緣斷裂表現(xiàn)為不連續(xù)的線性影紋，斷裂南側(cè)為色調(diào)較深的火山巖，呈丘陵山地地貌；北側(cè)為色調(diào)較淺的中新生代盆地影像特征，是一條早期為壓性，晚期為張性的斷裂。一個明顯的特征是：斷裂北側(cè)的中新生代地層傾角平緩，一般都小于15°。在很多地段，新近系還保持原始的水平產(chǎn)狀，說明在近代，構(gòu)造活動比較微弱，處在一個相對比較穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境。

2.3.2 中天山北緣斷裂

2.3.2.1 影像特征

中天山北緣斷裂是中天山造山帶和北天山優(yōu)地槽褶皺帶的分界斷裂。斷裂縱貫全區(qū)，總體呈近EW向展布。在影像上，斷裂線性特征明顯，在S125省道東、西兩側(cè)，表現(xiàn)為斷續(xù)的白色小斑點連線，白色小斑點是相對低凹溝谷的干涸積水洼地的反映。在斷裂北側(cè)，影像色調(diào)以暗綠色、黑色為主，反映火山巖色調(diào)特征。在斷裂南側(cè)，色調(diào)以棕色、淺黃棕色為主，具有條帶狀影像結(jié)構(gòu)（反映層理特征）的是前寒武系地層，具有圓形、透鏡狀和團(tuán)塊狀影像結(jié)構(gòu)的則是花崗巖體的反映（圖12）。

2.3.2.2 地質(zhì)特征

斷裂呈近EW走向，傾向南，傾角50°～80°，表現(xiàn)為陡傾逆斷層。斷裂具有多期活動特點，最早形成時代為元古代（前寒武紀(jì)），在海西期強烈活動，導(dǎo)致強烈的酸性巖漿侵入活動。在斷裂帶北側(cè)，覆蓋在火山巖之上的桃樹園組（N1t）呈水平產(chǎn)出。說明在新近紀(jì)，構(gòu)造活動不太強烈。

2.3.2.3 近代活動特點

在近代，斷裂活動不十分強烈。表現(xiàn)在地形上，相對高差不明顯，在地貌上，比較平坦。無論是在斷裂北側(cè)的第四紀(jì)覆蓋區(qū)，還是在中天山的結(jié)晶巖區(qū)，現(xiàn)代地貌平坦，給人 “走在天山里，不覺在山中”的感覺。

斷裂雖沿地勢相對低洼地段延伸，但斷裂兩側(cè)地貌高差不明顯（圖13），很多地方被第四紀(jì)堆積物所掩蓋。

2.3.3 中天山南緣斷裂

2.3.3.1 影像特征

中天山南緣斷裂線性特征明顯。斷裂南側(cè)總體表現(xiàn)為淺灰綠色；而北側(cè)表現(xiàn)為棕色和淺棕色，色調(diào)反差明顯。斷裂總體呈向南凸出的弧形。斷裂兩側(cè)的地層走向有一個交角，產(chǎn)狀明顯不一致（圖14）。

2.3.3.2 地質(zhì)特征

中天山南緣斷裂是中天山造山帶和南天山冒地槽褶皺帶的分界線，橫貫全區(qū)。沿哈羅（哈密—羅中）公路（S125省道）路線觀察表明，斷裂走向為280°，傾向N，傾角48°。斷裂上下盤的沉積建造特征、褶皺形態(tài)和變質(zhì)作用截然不同。在斷裂帶中，發(fā)育有平行斷面的片理，斷裂下盤發(fā)育有一組與斷裂走向相同（280°）， 傾角較陡（75°）的壓性片理， 示為斷層上盤上升，下盤下降的逆斷層特征（圖15）。斷裂生成時代是元古代，是一條多期活動的斷裂，在海西期斷裂再次復(fù)活，沿帶有大量花崗巖侵入。

2.3.3.3 近代活動特點

圖13 中天山北緣斷裂地貌特征Fig.13 Geomorphic feature of fault at the northern margin of middle Tianshan

圖14 中天山南緣斷裂影像（5、3、1波段）Fig.14 Fault image at the southern margin of middle Tianshan （Bands 5， 3， 1）

圖15 中天山南緣斷裂Fig.15 Fault at the southern margin of middle Tianshan

在近代，該斷裂活動不明顯，在向南突出的弧頂部位的盆地中可見有厚度不大的新近系分布，地層產(chǎn)狀近水平。

3 活動構(gòu)造與地震關(guān)系

3.1 活動構(gòu)造與地震關(guān)系分析

地震與活動構(gòu)造有著密切的關(guān)系，在地震界已達(dá)成共識。鄧起東（2003）在研究了中國活動構(gòu)造與地震的關(guān)系后指出，全部8級和絕大部分7～7.9級地震均發(fā)生在活動塊體邊界活動構(gòu)造帶內(nèi)，大地震與活動斷裂、活動褶皺和活動盆地的關(guān)系密切。活動構(gòu)造與地震的關(guān)系不僅表現(xiàn)為它們在空間分布上一致性，而且還表現(xiàn)在活動斷裂的運動特征與大地震中沿斷裂產(chǎn)生的同震破裂的同一性上。同震地表破裂帶是震源斷層出露地表的表現(xiàn)，因而是發(fā)震斷裂的可靠證據(jù)［8］。

吳裕文等（1982）在研究西天山地區(qū)秋立塔格—北輪臺活動斷裂與地震的關(guān)系后認(rèn)為，自1893年以來的100多年的歷史中，在這條活動斷裂帶范圍內(nèi)，共發(fā)生M≥4.7級地震（包括余震）30多次，其中最大震級為 7.25級。其特點是：①震中沿斷裂帶分布，密集成帶；②等震線長軸方向吻合于構(gòu)造線的走向；③震源機制和斷裂的力學(xué)性質(zhì)相一致；④余震沿斷裂帶分布；⑤地震的頻度、強度與斷裂帶新活動的強弱相適應(yīng)［9］。

地震與活動斷裂雖有著密切的關(guān)系，但二者空間分布和表現(xiàn)形式卻不盡相同。多數(shù)破壞性地震沿地表活動斷裂發(fā)生。但近年來，地震學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，有些地震并不沿地表活動斷裂發(fā)生，也無相應(yīng)地表破裂帶，其震源位于擠壓構(gòu)造環(huán)境之中的年輕褶皺之下，發(fā)生在地下盲斷裂及其控制的活動褶皺帶上。前者與地表活動斷裂有關(guān)，稱斷裂地震，而后者與褶皺有關(guān)， 稱 “褶皺地震”［10］。

楊曉平等在研究北天山地區(qū)活動逆斷裂—褶皺帶與地震關(guān)系后指出，構(gòu)造擠壓逆斷裂—褶皺型地震的震源斷層常位于造山帶或再生造山帶山前深部盲斷坡，震源破裂從深部盲斷坡沿近水平的滑脫面向盆地發(fā)展，并到達(dá)前陸盆地中的活動逆斷裂—褶皺帶（前端斷坡），因而，地震地表破裂帶和最新隆起帶與震中區(qū)可以是分離的。1906年，瑪納斯地震是地表破裂、同震隆起與宏觀震中分離的例子［11］。

3.2 新疆天山地區(qū)地震時空分布

3.2.1 空間分布特征

圖16 新疆地震震中分布及主要活動構(gòu)造圖（據(jù)新疆地震局）Fig.16 Distribution map of earthquake-center and relationship between active fault and epicenter（After Xinjiang Earthquake Bureau）

從新疆地震震中分布及主要活動構(gòu)造圖（圖16）不難看出，活動構(gòu)造與地震震中有著十分密切的關(guān)系。表現(xiàn)在：①地震與活動構(gòu)造密切相關(guān)，震中主要是沿著活動構(gòu)造分布；②就天山地區(qū)來說，地震主要集中分布在天山地槽褶皺帶及其兩側(cè)的山前盆地中；③從地震頻度和地震強度來看，西天山地區(qū)比東天山地區(qū)地震頻度大、地震強度強。

3.2.2 時間分布特征

根據(jù)現(xiàn)收集到的資料（表1）表明，①地震（5級以上）頻度：天山西部比東部多；②地震震級：天山西部比東部大，最高可達(dá)8.25級；③就東天山地區(qū)本身來說，無論是地震次數(shù)還是地震強度，北部地區(qū)都比南部地區(qū)頻繁且強烈。

表1 天山地區(qū)5級以上歷史地震記錄一覽表Table 1 Historical record of earthquakes over 5 magnitude in Tianshan area

4 新疆天山地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性分析

新疆天山地區(qū)活動構(gòu)造特征共性和差異性是分析區(qū)域地殼穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。

4.1 天山地區(qū)活動構(gòu)造特征共性分析

根據(jù)上述活動構(gòu)造各別特征研究，將天山地區(qū)活動構(gòu)造特征共性歸納如下。

4.1.1 活動構(gòu)造形成的構(gòu)造背景

新生代以來，受印度板塊和歐亞板塊碰撞的影響，天山地槽褶皺帶處在擠壓構(gòu)造背景下，遭受強烈擠壓和隆升的構(gòu)造變形作用，形成了大陸內(nèi)部典型的復(fù)活造山帶［5］。表現(xiàn)形式是逆斷裂、壓陷盆地和活動褶皺十分發(fā)育，在塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地與天山再生造山帶的山前地區(qū)，活動逆斷裂—背斜帶十分突出［10］，晚第四紀(jì)構(gòu)造變形，以前陸盆地的褶皺和逆沖斷裂為主要特征，天山沿高角度斷裂向南、北兩側(cè)前陸盆地逆沖。同時，山體內(nèi)部也發(fā)生變形，形成受逆斷裂控制的山間擠壓盆地，整個天山在兩側(cè)穩(wěn)定地塊的挾持下，遭到擠壓和縮短。這些活動構(gòu)造是控制天山地區(qū)地震的主要構(gòu)造。

4.1.2 活動構(gòu)造特征

4.1.2.1 影像特征

活動構(gòu)造在影像上表現(xiàn)十分明顯、清晰。天山地區(qū)活動斷裂的影像特征是：線性特征明顯，延伸長；在地貌上，切穿山體、盆地，控制河流流向，河流改道。在斷層形態(tài)特征上，表現(xiàn)為現(xiàn)代陡崖、階地；在斷層組合上，常形成階梯狀斷層，或逆沖斷裂帶，或背斜—逆沖帶。活動褶皺的影像特征是：單個背斜形態(tài)在平面上呈圈閉的梭形或線型，地貌上常表現(xiàn)為隆起正地形。背斜帶由多個呈側(cè)列形式的背斜組成。

4.1.2.2 地質(zhì)特征

天山活動構(gòu)造發(fā)育十分強烈，分布范圍廣，無論是在山前盆地、山間盆地中，還是在褶皺帶內(nèi)部和邊緣部位，活動構(gòu)造表現(xiàn)都十分明顯。

（1）活動斷裂：形成時代較晚，通常切穿所有的地層，常見切穿第四系；控制現(xiàn)代泉水分布；控制沖—洪積扇的分布或切割沖—洪積扇；控制綠色植被的分布和水系的走向；第四系陡坎發(fā)育，形成多級階地。

（2）活動褶皺：卷入的地層從新近系到第四系。有的則表現(xiàn)為在晚更新世和全新世的河流階地拱形隆起，說明全新世還在活動［4］。

4.1.3 形成時代

從活動斷裂切割的地層和活動褶皺卷入的地層來看，在西天山南緣、北緣坳陷盆地中的背斜帶卷入的最年輕地層是下更新統(tǒng)西域組礫巖，背斜—逆沖帶主要形成時期為早更新世初—中更新世末［5］。根據(jù)年齡測定數(shù)據(jù)，天山北緣背斜—逆沖帶最后一次活動發(fā)生在距今（3.135±0.248）萬年之前。天山南緣秋里塔格構(gòu)造帶發(fā)育時間為上新世—第四紀(jì)。秋里塔格東段從4.8 Ma時開始形成［6］， 至今，這種強烈活動仍在持續(xù)。

4.2 天山地區(qū)活動構(gòu)造特征差異性分析

西天山地區(qū)與東天山地區(qū)活動構(gòu)造特征具有明顯的差異性。表現(xiàn)在：

（1）活動構(gòu)造特點和強度

西天山地段活動構(gòu)造發(fā)育的一個重要特點是分布廣泛，活動強烈。不僅分布在天山兩側(cè)的山前坳陷及山間盆地中；而且在天山地槽褶皺系內(nèi)部和邊緣活動斷裂也十分明顯。

西天山地段活動構(gòu)造的另一個重要特點是強烈擠壓和隆升、坳陷的構(gòu)造變形作用明顯，表現(xiàn)為逆斷裂、壓陷盆地和活動褶皺十分發(fā)育，如天山南、北兩側(cè)都發(fā)育有沉積厚度巨大的山前坳陷盆地（庫車山前坳陷盆地，中新生代沉積總厚度達(dá) 0.7～10 km［13］）， 并在山前坳陷中發(fā)育有特征明顯的活動背斜—逆沖帶。活動逆斷裂以強烈的擠壓推擠為特征，天山褶皺系沿高角度逆斷裂向南、北兩側(cè)前陸盆地逆沖也是重要特點之一。所有這些，都顯示了除強烈的斷塊差異升降運動外，南北方向擠壓推擠作用也十分強烈。

東天山南部地段，活動構(gòu)造、活動強度遠(yuǎn)不如西天山那樣強烈。在地槽褶皺帶的南、北兩側(cè)的山前盆地或山間盆地中，新近系和第四系地層沉積厚度很小（n×10～100 m），說明斷塊差異升降不強烈。在盆地中，不但沒有見到背斜—逆沖帶，相反，盆地地層產(chǎn)狀幾近水平，或呈小角度傾斜，說明水平擠壓不強烈。

（2）地震發(fā)育頻度和強度

在西天山地區(qū)，震中密集，震級高，近代地震活動明顯。而東天山地區(qū)地震震中稀少，強度也較小，近代地震活動也不明顯。尤其是東天山南部地區(qū)，地震發(fā)育的次數(shù)和強度都相對微弱。

（3）現(xiàn)代地貌特征

從現(xiàn)代地貌來看，天山地貌從西向東，地形逐漸降低，在天山西段，高峰林立，最高山峰海拔達(dá)6 000 m以上，中段僅出現(xiàn)海拔5 000 m左右的高點，東段降至4 000 m以下，而在哈密以南，僅海拔2 000 m左右，形成所謂 “傾斜的天山”［13］。 晚第四紀(jì)以來， 在天山東部吐魯番盆地南緣覺羅塔格構(gòu)造區(qū)長期處于穩(wěn)定的準(zhǔn)平原剝蝕狀態(tài)。這種地貌特征除了與地貌剝蝕有關(guān)外，也與近代東部活動構(gòu)造強度相對微弱有關(guān)。

（4）地殼縮短速率和地殼縮短量

GPS變形測量結(jié)果表明，西天山和東天山的地殼縮短速率明顯不同，呈自西向東逐漸減小。在西天山喀什以西，地殼縮短速率約為18 mm/a；喀什以東的地殼縮短速率減小，約為13 mm/a；庫車一帶的地殼縮短速率大約為7 mm/a；烏魯木齊站一帶橫跨東天山的地殼縮短速率小于2 mm/a；再向東到天山東端的哈密一帶，地殼縮短量基本上趨于零［14］。

天山東段和西段的地殼縮短量也不相同，天山西部的地殼縮短量比東部大，張培震等（1996）根據(jù)大比例尺填圖和平衡剖面技術(shù)，獲得第四紀(jì)時期天山不同地段的地殼縮短量，吐魯番凹陷的縮短量為10～12 km，烏魯木齊凹陷的縮短量為13 km，庫車凹陷在庫車附近的縮短量為21 km左右，表明天山第四紀(jì)以來變形幅度由西向東逐漸減小［5］。

4.3 研究區(qū)地殼穩(wěn)定性分析

根據(jù)天山地區(qū)的活動構(gòu)造各別特征、共性及其與地震關(guān)系的研究，在對東天山與西天山活動構(gòu)造特點進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為，無論是從活動構(gòu)造特點和強度，地震發(fā)育頻度和強度，現(xiàn)代地貌特征，還是從地殼縮短速率和地殼縮短量來看，西天山活動構(gòu)造活動強度、幅度，地震活動強度和頻度均比東天山強烈，呈西強東弱的趨勢。就東天山地區(qū)來說，北部地區(qū)的構(gòu)造活動強度比南部大，而南部地區(qū)活動構(gòu)造相對比較微弱，區(qū)域地殼穩(wěn)定性較好，是比較有利的高放廢物處置庫備選區(qū)。

5 幾點認(rèn)識

（1）“安全島理論”在我國地震研究及工程選址、評價實踐中已起到了重要的指導(dǎo)作用。以李四光先生 “安全島”思想為指導(dǎo)，基于活動構(gòu)造特征研究及活動構(gòu)造與地震分布關(guān)系的研究，對研究區(qū)地殼穩(wěn)定性進(jìn)行分析，是高放廢物處置庫場址選址不可或缺的重要手段之一。

（2）研究結(jié)果表明，新疆東天山地區(qū)相對西天山地區(qū)來說，是相對穩(wěn)定的地區(qū)；東天山南部地區(qū)相對北部地區(qū)來說，是一個相對穩(wěn)定的 “安全島”地區(qū)，是高放廢物處置庫場址選址的有利地區(qū)。結(jié)論與筆者在此之前進(jìn)行的新構(gòu)造運動特征研究［7］和高放廢物地質(zhì)處置庫花崗巖體預(yù)選是一致的［15］，從另一個角度為高放廢物處置庫場址選址提供了佐證。

（3）在遙感影像上活動構(gòu)造現(xiàn)代活動特征十分明顯，無論是構(gòu)造形跡還是地貌特征反映都非常清晰，利用遙感技術(shù)可快速、真實地識別活動構(gòu)造的空間分布格局，是高放廢物處置庫選址、優(yōu)選有利場區(qū)的有效方法之一。

（4）地殼穩(wěn)定性是一個相對的概念。初選的東天山南段地區(qū)，是相對穩(wěn)定的 “安全島”地區(qū)。但也并非完美無瑕，尚存在不利因素。①從區(qū)域上看，東天山東段受阿爾金活動斷裂系的影響，是一個不太有利的因素；②阿齊山西側(cè)地區(qū)，歷史上曾發(fā)生過5.9級地震。近期（2009年12月14日）又在尾亞車站西北側(cè)（北緯41.9°， 東經(jīng)94.5°）發(fā)生 5.1級地震。盡管這些缺陷并不是顛覆性的不利因素。但有必要對其活動強度，特別是現(xiàn)代活動強度做進(jìn)一步研究，這是最終確定場區(qū)時應(yīng)該引起重視的。

［1］ 李四光.論地震［M］.北京：地質(zhì)出版社，1977:67-83.

［2］ 孫 葉，譚成軒，李開善，等.區(qū)域地殼穩(wěn)定性定量化評價（區(qū)域地殼穩(wěn)定性地質(zhì)力學(xué)）［M］.北京：地質(zhì)出版社，1998:5-9.

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［7］ 黃賢芳，付檢生，李斌志，等.高放廢物地質(zhì)處置庫預(yù)選區(qū)新構(gòu)造運動特征［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)， 2010， 27（2）:96-105.

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［14］張培震，王 敏，甘衛(wèi)軍，等.GPS觀測的活動斷裂滑動速率及其對現(xiàn)今大陸動力作用的制約［J］.地學(xué)前緣，2003，10（特刊）:81-92.

［15］黃賢芳，何建國，徐國慶.高放廢物地質(zhì)處置庫花崗巖體預(yù)選研究［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)，2009，26（4）:219-227.

Analysis on active structure feature and regional crust stability of Tianshan area，Xinjiang

HUANG Xian-fang， HE Jian-guo， GAO Hong-lei， LI Jian-zhong，TIAN Ming-ming，XU Guo-qing
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Regional crust stability is an important criterion for selecting high level radioactive waste repository.Based on active structure feature research，and spatial relationship analysis between active structure and earthquake distribution，the regional crust stability is evaluated，the relative stable‘safety island’ is selected to support the selection of candidate repository.

high level radioactive waste repository； active structure； stability； safety island；earthquake

TL942+211；TP75

A

1672-0636（2012）01-0016-11

10.3969/j.issn.1672-0636.2012.01.003

2011-09-10；

2011-10-07

黃賢芳（1941—），男，廣西賓陽人，高級工程師（研究員級），現(xiàn)從事輻射環(huán)境保護(hù)與評價工作。E-mail:hxianfang@sina.com